術(shù)中光學相干斷層掃描在眼科各類手術(shù)中的應用

王嘉玉，閔寒毅

光學相干斷層掃描（optical coherence tomography，OCT）是一種快速、非接觸的橫斷面成像方法，可以掃描角膜、視網(wǎng)膜和視神經(jīng)等眼部組織，對眼部疾病的正確診斷、病情評估及手術(shù)預后等均具有深遠的影響，逐步成為了眼科領(lǐng)域不可或缺的檢查技術(shù)之一[1-2]。而近些年來，OCT 的應用范圍正在進一步擴大，不單純局限于診間，已逐步應用到各類眼科手術(shù)當中，即術(shù)中OCT（intraoperative optical coherence tomography，iOCT）。這種技術(shù)可以在多維度進行掃描，獲取手術(shù)進度的實時反饋，加深了我們對眼部組織結(jié)構(gòu)的理解和認識，同時對術(shù)者的手術(shù)方案制定和選擇有所幫助，從而大大提高了眼科手術(shù)的安全性和成功率。

將OCT 帶入手術(shù)室的最初障礙是傳統(tǒng)臺式OCT 缺乏可移動性，下頜托式圖像采集方法對于無菌狀態(tài)下仰臥的病人不適用。iOCT 的成本也是一個潛在的障礙。OCT 設備就是一個重要的投資。另外手術(shù)時間的潛在延遲也可能導致成本增加。iOCT 軟件的應用也需要促進手術(shù)過程中獲得的數(shù)據(jù)的最佳解釋和利用。最后，iOCT 的臨床應用，以及整體價值的結(jié)果一直是采用的限制因素。

1 iOCT 的發(fā)展

1.1 手持便攜iOCT

2001 年，克利夫蘭大學醫(yī)院的團隊[3]成功研制出手持便攜式iOCT（handheld spectral domain OCT，HHOCT）用于眼前節(jié)檢查。隨著HHOCT 的發(fā)展，使高分辨率的譜域OCT 可不受患者體位的影響，在坐位或仰臥位時均可進行檢查，用于兒童患者或無法配合坐位的成人患者的檢查[4-15]。另外，iOCT檢查手柄可以進行任意角度掃描。然其穩(wěn)定性欠佳，操作稍有不當可能損傷眼睛，另外成像質(zhì)量受操作者經(jīng)驗影響。目前在臨床工作中，包括眼科手術(shù)中較為常用的HHOCT 有美國Bioptigen 公司研制的Bioptigen SD-OCT 系統(tǒng)、德國Heidelberg 公司研制的手持便攜式SD-OCT 系統(tǒng)、以及美國Optovue 公司研制的iVue SD-OCT 系統(tǒng)[4-7,16]。

1.2 顯微鏡懸置式iOCT

顯微鏡懸置式iOCT（microscope-mounted portable OCT，MMOCT）對HHOCT 的穩(wěn)定性和安全性進行改良，將iOCT 的掃描手柄懸置固定在手術(shù)顯微鏡臂架上，通過顯微鏡腳踏板移動iOCT 掃描位置，但是需要停止手術(shù)操作掃描眼部組織，無法實時對手術(shù)操作進行成像，可能造成手術(shù)區(qū)域污染是對這兩代iOCT 根本上的制約。

1.3 無縫整合式iOCT

無縫整合式iOCT（microscope-integrated OCT，MIOCT）為了進一步提高手術(shù)流暢性，將手術(shù)顯微鏡與OCT 設備進行內(nèi)部無縫式整合。2010 年美國Ehlers JP 團隊率先將德國Oculus 公司的雙目間接顯微鏡、德國Leica 公司的眼科手術(shù)顯微鏡和OCT 設備成功無縫式整合[17-22]。隨后，德國Steven P 團隊將瑞士Haag-Streit 公司的眼科手術(shù)顯微鏡和由德國OPMedT公司研制的OCT camera 成功無縫式整合，后者在靠近手術(shù)者前方的視野范圍內(nèi)安裝了小型視頻顯示器，以便術(shù)者稍改變視野即可觀看圖像[17-22]。而最近德國Carl Zeiss 公司成功研制了第二代MIOCT，即Rescan 700，用于眼科前后節(jié)的手術(shù)[17-22]。但手術(shù)器械會遮擋掃描，在一定程度上影響圖像質(zhì)量。目前已有不少關(guān)于以上3 種設備的臨床研究報道證明其優(yōu)勢性。

1.4 探針式iOCT

由于研發(fā)時間不長，尚缺乏相關(guān)臨床報道。根據(jù)現(xiàn)有實驗性研究可知探針式iOCT 可直接進入眼內(nèi)對目標組織進行掃描，避免因手術(shù)器械遮擋而影響觀察或因屈光間質(zhì)不清而導致成像質(zhì)量降低，還能對周邊眼組織進行掃描和成像，從而擴大觀察的范圍[23]。自2008 年[24]至2013 年[25]，隨著玻璃體切除手術(shù)的微創(chuàng)化，經(jīng)歷了直徑由21 G 到23 G 或25 G 的轉(zhuǎn)變，同時可作為后節(jié)手術(shù)當中的照明設備[26]。但目前最大的問題在于如何保證探針有效地在操作區(qū)域跟隨手術(shù)器械。對該設備獨特優(yōu)勢的報道值得我們期待。

2 臨床應用

本文對使用iOCT 進行前后節(jié)手術(shù)多樣本研究進行整合[4-7,10-16,19-21,23,27-36]。其中531 例樣本為闡述iOCT 作用機制的前瞻性前驅(qū)臨床研究[11]，227 例樣本為后續(xù)前瞻性臨床研究，旨在解釋iOCT 在眼科手術(shù)當中的應用[23]。

2.1 前節(jié)手術(shù)中的應用

iOCT 最初是應用于眼科的前節(jié)手術(shù)領(lǐng)域，目前應用涵蓋了角膜移植術(shù)，準分子原位角膜磨鑲術(shù)（laser in situ keratomileusis，LASIK）、角膜交聯(lián)療法、青光眼手術(shù)以及白內(nèi)障摘除手術(shù)等，其中以角膜移植術(shù)中的板層移植應用最為廣泛[7,10-11,20-21,23,36-38]。在531 例先驅(qū)研究中有275 只眼進行前節(jié)手術(shù)。其中大部分（59%）病例為板層移植手術(shù)[11,39]。與此同時在227 例臨床研究中91 只眼進行前節(jié)手術(shù)，64%進行了板層角膜移植[23]。

通過對后彈力層剝除自動內(nèi)皮移植術(shù)（descemet stripping automated endothelial keratoplasty，DSAEK）和后彈力層角膜內(nèi)皮移植術(shù)（descemet membrane endothelial keratoplasty，DMEK）患者進行iOCT 檢查，Steven 等發(fā)現(xiàn)術(shù)中制備移植片時iOCT可實時觀察角膜基質(zhì)的殘留情況，還可正確判定移植片的內(nèi)皮層面和后彈力層面，并輔助觀察植片與植床間有無積液、是否密切貼合，從而大大降低了手術(shù)的難度，縮短了手術(shù)時間，提高了手術(shù)的成功率[23,36-37]。有研究也表明層間積液的殘留證實與術(shù)后結(jié)構(gòu)不透明相關(guān)[34]。另外部分患者術(shù)中將移植片植入前房后可出現(xiàn)角膜水腫，而當進行氣體填充并使移植片與受體緊密貼合后水腫隨之消失。研究表明這可能與角膜內(nèi)皮丟失有關(guān)，因此提示iOCT 可間接評估角膜內(nèi)皮功能，預測手術(shù)成功率。

iOCT 圖像與術(shù)中顯微鏡下觀察的一致性：先驅(qū)研究[40]中的不一致率為41%；臨床研究[41]中的不一致率為48%，這些患者均進行了額外的手術(shù)操作。與此同時，在臨床研究中18%的病例是術(shù)者發(fā)現(xiàn)還有殘余積液而iOCT 未發(fā)現(xiàn)的。這提示我們iOCT 圖像與術(shù)者顯微鏡下圖像在一定程度存在差異性[12,23]。

Scorcia 等發(fā)現(xiàn)iOCT 可以輔助術(shù)者在深板層角膜移植術(shù)（deep anterior lamellar keratoplasty，DALK）中確定鉆取角膜的深度，尤其對于具有不規(guī)則瘢痕及變薄的角膜，可以將環(huán)鉆的初始深度設定在最大安全范圍[10-11,23,27]，不僅可以避免穿透角膜，而且能保證達到分離所需的深度，這無疑增加了DALK手術(shù)的安全性和成功率[10]。在38%～56%的情況下術(shù)者借助iOCT 改變了角膜鉆取深度[11,23]。

Hirnschall 等使用iOCT 測量術(shù)中吸除白內(nèi)障后的前房深度，評估人工晶體度數(shù)計算的準確性，并觀察患者術(shù)后的屈光狀態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在吸除白內(nèi)障并在晶狀體囊袋內(nèi)植入張力環(huán)后，測量的前房深度（中央?yún)^(qū)角膜內(nèi)皮層至晶狀體前囊膜平面的垂直距離）可以相對最好地預測人工晶體被植入囊袋后的位置，使用該前房深度計算得到的人工晶體度數(shù)能獲得與預測值最為接近的術(shù)后屈光狀態(tài)[20]。

2.2 后節(jié)手術(shù)的應用

對于后節(jié)手術(shù)來說，iOCT 的潛力是無限的。很多疾病都可運用到iOCT，例如視盤凹陷性黃斑疾病[6]、早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜疾病[4]、黃斑前膜[5,8,11-12,19,23,41-42]、黃斑裂孔[5,8,11,15,19,23,29,41-42]、玻璃體黃斑牽拉綜合征（vitreomacular tractionsyndrome，VMS）[5,11-12,14,18,23,26,41]、孔源性視網(wǎng)膜脫離（rhegmatogenous retinal detachment,RRD ）[4,11-12,19,23,30,42]、增殖期糖尿病視網(wǎng)膜病變[11-12,19,23]、硅油填充眼[19]、玻璃體積血[11-13,23]、后葡萄膜炎[35]等疾病[4-6,8,11-15,19,23,26,29-30,35,41-42]。

在特定情況下，iOCT 可以解釋潛在的病理生理機制，例如早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變中視網(wǎng)膜前結(jié)構(gòu)和視網(wǎng)膜劈裂的證實對復雜手術(shù)的術(shù)式選擇有顯著影響[3]。視盤凹陷疾病中玻璃體腔和視網(wǎng)膜層間的劈裂存在功能性聯(lián)系[6]。在黃斑裂孔中，剝膜后橢圓體帶與視網(wǎng)膜色素上皮層高度的改變可能與術(shù)后的解剖正?；视嘘P(guān)[15,29]。

而在另一些疾病中，直接實時反饋給外科醫(yī)生可以在手術(shù)決策和特定的手術(shù)操作中起著至關(guān)重要的作用。例如剝膜操作就特別適合在iOCT 輔助下完成。iOCT 圖像與術(shù)中顯微鏡下觀察的一致性：先驅(qū)研究中13%～22%患者iOCT 圖像提示仍有殘余膜而術(shù)者未觀察到，相反15%～40%的情況下，當術(shù)者提示有殘余膜而iOCT 圖像未報[11,23,43]。另外也有報道稱iOCT 可對注射治療效果、視網(wǎng)膜下全氟化碳液體的消除情況進行直接反饋。除此之外，iOCT 可觀察視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的細微的變化（剝膜后橢圓體帶與視網(wǎng)膜色素上皮層高度的改變）。

在視網(wǎng)膜脫離病例中，iOCT 表明大量患者進行全氟化碳填充后亞臨床視網(wǎng)膜下積液仍存在。中心凹形態(tài)改變，隱匿性黃斑全層裂孔的出現(xiàn)具有預后意義[11,22,30]。

對于增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變和玻璃體出血病例，iOCT可對組織解剖形態(tài)提供重要的線索[30]。在濃密的玻璃體出血患者中，iOCT 可以發(fā)現(xiàn)潛在的黃斑病變用于術(shù)中或術(shù)后管理（如黃斑水腫和視網(wǎng)膜內(nèi)液體）。

3 未來發(fā)展方向

雖然在過去幾年中iOCT 領(lǐng)域已取得里程碑式的進步，但是仍需持續(xù)克服困難取得更大進步。當前困難包括以下幾個方面：OCT 與手術(shù)器械兼容；自動跟蹤；軟件平臺以及一個全面的外科醫(yī)生反饋平臺。

3.1 OCT 與手術(shù)器械兼容

目前金屬材質(zhì)的手術(shù)器械對iOCT 光束的散射作用會造成明顯的尾影，影響OCT 圖像的呈現(xiàn)質(zhì)量[17,19,23]。新型材料的測試及樣品生產(chǎn)正在進行，在保證手術(shù)精準性的前提下最大程度實現(xiàn)iOCT 可視化[44]。而手術(shù)中的氣泡或使用的特殊油體及液體也可能引起掃描圖像變形扭曲，影響實時圖像的呈現(xiàn)。因此改進也包括減弱信號的軟件開發(fā)，以盡量減少器械材質(zhì)對相鄰組織的整體影響[45]。

3.2 自動跟蹤

目前iOCT 的發(fā)展當中暫時缺乏自動追蹤系統(tǒng)，需要操作者暫停手術(shù)操作，進行手動調(diào)節(jié)探頭位置來追蹤掃描部位以獲取圖像，無法達到同步自動跟蹤。目前應用于臨床研究的iOCT 僅能實現(xiàn)二維圖像的實時引導，顯示的只是某一個切面的局部實時情況，因此無法使術(shù)者很好地把握手術(shù)的全局情況。對于臨床大夫而言，手術(shù)操作的同時快速簡潔的i0CT 圖像捕捉，可以幫助手術(shù)大夫在早期觀察到手術(shù)操作對玻璃體視網(wǎng)膜交界面形態(tài)學改變的影響，并幫助手術(shù)者對患者的預后作出判斷。當手術(shù)中觀察到有眼底細微異常改變時，可以及時改變治療策略，避免手術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，提高手術(shù)成功率。而如果能進一步研發(fā)三維圖像實時引導技術(shù)，也許可以使術(shù)者在操作時更加得心應手。因此iOCT 技術(shù)在掃描實時性、操作靈活性和簡易性及成像清晰度等方面存在很大提升空間[43]。

3.3 軟件平臺以及一個全面的外科醫(yī)生反饋平臺

這兩個平臺可以將術(shù)中數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計，增加手術(shù)流暢性，同時方便數(shù)據(jù)的共享與實時討論[46-47]。對于一些基層醫(yī)院而言，手術(shù)中的圖像可通過無限網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h程醫(yī)學中心，來自世界各地的知名專家學者可以通過圖像匹配，對患者提供規(guī)范化的遠程會診，進行遠程整體治療規(guī)劃、隨時遠程指導調(diào)整治療參數(shù)并遠程完成簡單的眼部治療。

另外，隨著OCT 技術(shù)的不斷發(fā)展，iOCT 的功能也將不斷豐富，當前OCT 技術(shù)正在逐漸由結(jié)構(gòu)OCT 時代向功能OCT時代邁進，如多普勒OCT 及光學相干斷層掃描血管成像術(shù)（optical coherence tomography angiography，OCTA）的出現(xiàn)，在觀察組織結(jié)構(gòu)的同時還能評估血流等功能，無疑也會帶動iOCT 的發(fā)展?？傊?，技術(shù)的發(fā)展能使手術(shù)醫(yī)師擁有更為強大的對付疾病的武器，提高手術(shù)的安全性和成功率，最終使患者從中受益。

4 小結(jié)

由于OCT 已經(jīng)徹底改變了眼科疾病的臨床診療，iOCT有可能成為眼科手術(shù)室中的革命性技術(shù)。過去幾年整合技術(shù)已為第一代商業(yè)化系統(tǒng)鋪平道路。iOCT 技術(shù)在掃描實時性、操作靈活性和簡易性及成像清晰度等方面存在很大提升空間。